Шпиндель забойного двигателя

Шпиндель забойного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и позволяет повысить надежность шпинделя путем уменьшения износа уплотнительного узла шпинделя. Уплотнительный узел шпинделя установлен между корпусом 1 шпинделя и размещенным в нем на опорах 3 валом 2 и выполнен в виде неподвижного 8 и подвижного 7 в осевом направлении уплотнитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 4/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР M(Cesar

;1 т,"-1Г ;: - TE @ ùù

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4426163/03 (22) 13.05,88 (46) 23,02.91. Бюл. М 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский ,институт буровой техники (72) В.П.Шумилов, И.Л,Константинов,, И.Я.Вальдман и К.Д.Семкин (53) 622.243.92.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1093778, кл. Е 21 В 4/00, 1980.

„„5LI „„1629451 А1 (54) ШПИНДЕЛЬ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и позволяет повысить надежность шпинделя путем уменьшения износа уплотнительного узла шпинделя. Уплотнительный узел шпинделя установлен между корпусом 1 шпинделя и размещенным в нем на опорах 3 валом 2 и выполнен в виде неподвижного 8 и подвижного 7 в осевом направлении уплотнитель1629451

40 ных элементов (УЗ). Уплотняющие поверхности 14 УЭ 7 и 8 выполнены из материала с повышенной эрозионной стойкостью.

Опорные винтовые поверхности УЗ 7 и 8 выполнены с износостойкими покрытиями.

При этом опорная винтовая поверхность подвижного У3 7 расположена с той же стороны, что и уплотняющая торцовая поверхность 14 УЭ 7, Винтовая поверхность подвижного УЗ 7 расположена с воэможностью взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями УЗ 15 вала 2 или корпуса 1. При работе шпинделя устанавливается стационарный режим плавания, при

Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к конструкциям шпинделей забойных двигателей, используемых преимущественно при бурении долотами с высоким перепадом давления промывочной жидкости.

Целью изобретения является повышение надежности шпинделя путем уменьшения износа уплотнительного узла, На фиг.1 показан шпиндель забойного двигателя; фиг,2 — то же, другое исполнение; на фиг.3 — узел I на фиг.1; на фиг,4 — сечение

А-А на фиг.3; на фиг.5 — сечение Б — Б на фиг.3; на фиг.6- многоступенчатое уплотнение с подвижными элементами в корпусе; на фиг.7 — то же, с подвижными элементами на валу.

Шпиндель состоит из корпуса 1; вала 2 и осевой опоры 3, размещенной на валу 2 и в корпусе 1. На валу 2 или в корпусе 1 имеются дренажные отверстия 4 и 5. Осевая опора 3 может быть оснащена защитными узлами 6 от проникновения в нее абразивной жидкости.

Уплотиительный узел шпинделя состоит из подвижного в осевом направлении, сочлененного с корпусом 1, уплотнительного элемента 7 с жестко закрепленным на валу неподвижным уплотнительным элементом 8 или подвижно сочлененного с валом элемента 9 с жестко закрепленным в корпусе 1 элементом 10. Подвижное сочленение элемента 7 с корпусом осуществляется с помощью узла 11, или подвижное сочленение элемента 9 с валом осуществляется с помощью узла 12.

Узлы 11 или 12 представляют собой шлицевое, зубчатое или любое другое зацепление, обеспечивающее разложение окружной силы иа опорных поверхностях с возникновением ее осевой составляющей, котором величина осевого зазора в контакте уплотняющих торцовых поверхностей с80 дится к минимуму, гидравлическое сопротивление в контакте остается достаточно высоким. Механическое трение контактных поверхностей уплотнения сводится к минимуму. При осевых перемещениях вала 2 относительно корпуса 1 в процессе износа осевой опоры и появления осевого люфта вала 2 шпинделя полностью отсутствует опасность перегрузки или поломки винтового сочленения. Это достигается тем, что уплотияющие и опорные поверхности УЗ. 7 обращены в одну сторону, 2 з.п.ф-лы, 7 ил. т,е. соединение, выполненное по винтовой линии. При этом опорные поверхности 13 винтового сочленения подвижных элементов 7 или 9 с корпусом или валом направлены в ту же сторону, что и уплотняющие торцовые поверхности 14 этих элементов.

Указанное условие выполняется путем выполнения правой или левой нарезки для элементов 7 или 9. Подвижно сочлененные с корпусом или валом элементы 7 или 9 оснащены вторичными уплотнительными элементами 15 и 16.

Шпиндель работает следующим образом.

При работе шпинделя на забое промывочная жидкость, поступающая к долоту, создает давление над уплотнительным узлом, которое прижимает подвижные элементы 7 или 9 к жестко закрепленному на валу элементу 8 или в корпусе элементу 10. Торцовые пары 7 и 8 или 9 и 10 контактируют своими уплотняющими кольцевыми торцовыми поверхностями, препятствуя утечкам жидкости. При прижатии гидравлической силой Рг на торцовых уплотняющих поверхностях при вращении вала 2 шпинделя возникает окружное усилие Рокр, которое раскладывается в винтовом сочленении 11 или 12 на опорных поверхностях подвижных элементов 7 или 9, и ответных корпуса или вала, что приводит к возникновению подьемной осевой силы Р«, противодействующей силы Рг и размыкающей контакт торцовых уплотняющих поверхностей. Это, в свою очередь, приводит к снижению момента трения в контакте уплотняющих торцовых поверхностей, их размыканию и снижению силы Р О р. Сила прижатия Pr вновь возвращает подвижный элемент до смыкания контакта торцовых уплотняющих поверхностей, что вновь вызывает рост силы Рб р и подъемной силы Р«. В результате

1629451 устанавливается стационарный режим плавания, при котором величина осевого зазора в контакте уплотняющих торцовых поверхностей сводится к минимуму, гидравлическое сопротивление в контакте остается достаточно высоким, а механическое трение контактных поверхностей уплотнения сводится к минимуму, В многоступенчатом уплотнении (фиг.6 и 7) происходит автоматическое выравнивание перепада давления по ступеням за счет исключения плотного контакта в какой-либо из последовательно расположенных ступеней, При осевых перемещениях вала относительно корпуса в процессе износа осевой опоры и появления осевого люфта вала шпинделя опасность перегрузки или поломки винтового сочленения полностью отсутствует, так как уплотняющие поверхности подвижного элемента и опорная поверхность его винтового сочленения с валом или корпусом обращены в одну сторону. Благодаря этому, при встречном движении контактирующих элементов вала и корпуса размыкаются винтовое сочленение, при их расхождении — размыкается контакт уплотняющих торцовых поверхностей.

В процессе работы в стационарном режиме осевых вибраций и перемещений вала относительно корпуса устанавливается также и стационарный режим работы уплотнения, при котором осевые зазоры в уплотнительном торцовом контакте и между опорными поверхностями винтового сочленения стабилизируются в оптимальных величинах, обеспечивая минимум утечек и минимум износа рабочих поверхностей.

Рабочие поверхности уплотнительного узла шпинделя могут быть дополнительно упрочнены или обработаны; торцовые уплотняющие поверхности — в основном для повышения из эрозионной стойкости при .гидроабраэивном воздействии; опорные поверхности винтового сочленения — в основном для снижения величины трения в контакте.

Выполнение уплотняющих поверхностей 14 подвижного 7 и 9 и неподвижного 8

5 и 9уплотнительных элементов из материала с повышенной зрозионной стойкостью (напоимер, композиционная минералокерамика, твердосплавная металлокерамика), повышает их эрозион ную стойкость и ри гид10 роабразивном воздействии, а выполнение опорных винтовых поверхностей 13 этих элементов с износостойким покрытием снижает силу трения в контакте опорных поверХНОСТ8А 13.

15 Формула изобретения

1, Шпиндель забойного двигателя, содержащий корпус, расположенный в корпусе на опорах вал и размещенный между корпусом и валом уплотнительный узел в

20 виде неподвижного и подвижного в осевом направлении уплотнительных элементов, опорные винтовые поверхности подвижного уплотнительного элемента, расположенные с возможностью взаимодействия с

25 соответствующими опорными поверхностями вала или корпуса, и уплотняющие торцовые поверхности подвижного и неподвижного уплотнительных элементов, отличающийся тем, что, с целью

30 повышения надежности шпинделя путем уменьшения износа уплотнительного узла, опорная винтовая поверхность подвижного уплотнительного элемента расположена с той же стороны, что и уплотняющая торцо35 вая поверхность этого же элемента.

2. Шпиндель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что уплотнительный узел выполнен многоступенчатым.

3. Шпиндель поп.1,отл ичающий40 с я тем, что уплогняющие поверхности подвижного и неподвижного уплотнительных элементов выполнены из материала с повышенной эрозионной стойкостью, а опорные винтовые поверхности этих элементов вы

45 полнены с износостойкими покрытиями.

1629451

1б

72

1629451

Фиг. 7

Редактор Н.Рогулич

Заказ 416 Тираж 355 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Составитель А.Скалунов

Техред М.Моргентал Корректор T. Малец

l6

12